مهندسی برق

 ۲- چه میزان انرژی خورشیدی در دسترس است؟

انرژی خورشیدی یکی از منابع تجدیدپذیر و همیشه در دسترس است. خورشید انرژی خود را با نرخ ۸۳ در ۱۰ به توان ۲۳ کیلووات پخش می کند. از این مقدار فقط نسبت بسیار ناچیزی، یعنی ۸.۱ در ۱۰ به توان ۱۴ کیلووات به زمینی می رسد که در ۱۵۰ میلیون کیلومتری خورشید است.

۶۰ درصد این انرژی به سطح زمین رسیده و بقیه توسط اتمسفر به فضا منعکس می شود. حال اگر ۱.۰ درصد از انرژی باقیمانده را بتوان با راندمان ۱۰ درصد به الکتریسیته تبدیل نمود، چهار برابر انرژی تولیدی حال حاضر دنیا یعنی سه هزار گیگاوات تولید می شود. به عبارت دیگر میزان انرژی خورشیدی که به سطح زمین می رسد، ۷۵۰۰ برابر مصرف حال حاضر انرژی در زمین است.

از این بین برخی از مناطق و کشورها به علت شرایط خاص جغرافیایی خود بیشترین نفع را از این تابش سطحی می برند، مطابق شکل (۲) مشخص است که کشور ما نیز با میانگین انرژی تابشی بالای ۲۰۰۰ کیلووات-ساعت در متر مربع یکی از بهترین مناطق برای استفاده از انرژی خورشیدی است.

طبق نظر کارشناسان، انرژی خورشیدی در حال تبدیل شدن به محبوب‌ترین انرژی مورد استفاده توسط انسان است. مزایای زیاد استفاده از انرژی خورشیدی (که در بند ۵ به آن اشاره خواهد شد) باعث شده که روز به روز بر استقبال دولت‌ها و مردم از این انرژی افزوده شود.

همچنین بالا رفتن راندمان سلول‌های فتوولتاییک تولیدی و کاهش قیمت تجهیزات مرتبط نیز در افزایش میزان استقبال تاثیر گذار بوده است. شکل (۳) رکورد‌های جهانی افزایش راندمان انواع فن‌آوری های سلول‌های فتوولتاییک را از سال ۱۹۷۵ تا ۲۰۰۸ نشان می‌دهد. در سال ۱۹۸۰ بالاترین راندمان در حدود ۱۰ درصد بوده است،‌ در حالی که در سال ۲۰۰۸ این رقم به ۴۰ درصد رسیده است که نشان از رشد نسبتاً سریع این فن‌آوری ها است.

.

مطابق پیش‌بینی های انجام شده توسط شورای مشورتی تغییرات آب و هوایی آلمان، رشد استفاده از انرژی خورشیدی در سال‌های ۲۰۵۰ و ۲۰۱۰ مطابق شکل (۴) خواهد بود. در این شکل میزان انرژی خورشیدی فتوولتائیک و گرمایی به ترتیب به رنگ‌های زرد و نارنجی، انرژی باد به رنگ آبی، نفت به رنگ خاکستری، ذغالسنگ به رنگ سیاه و گاز به رنگ قهوه‌ای است.

۴- موارد استفاده از انرژی خورشیدی کدامند؟
انرژی خورشیدی در بسیاری از مواردی که نیاز به انرژی دارند قابل استفاده است. این کاربرد‌ها بخصوص به صورت تبدیل انرژی تابشی به انرژی گرمایی و الکتریسیته است. کاربرد تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی گرمایی در دماهای مختلف متفاوت است.

برای مثال کاربرد‌های آن برای دمای پایین ۱۰۰ درجه سانتیگراد گرم کردن آب برای مصارف خانگی و استخرها، گرم کردن ساختمان‌ها، سیستم‌های تبخیر مانند تقطیر آب، گند زدایی آب است. در محدوده دمایی بین ۱۰۰ تا ۱۵۰ درجه سانتیگراد می توان از این گرمایش برای سیستم‌ های تهویه هوا، خنک ‌کردن هوا، گرم کردن آب و روغن برای مصارف صنعتی استفاده نمود. حرارت‌های بین ۲۰۰ تا ۲۰۰۰ درجه سانتیگراد برای تولید انرژی الکتریکی و مکانیکی بکار می روند و در کوره‌های خورشیدی و مصارف صنعتی خاص حتی امکان بالا بردن دما تا بیش از ۵۰۰۰ درجه سانتیگراد نیز وجود دارد.

تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریسیته در قالب سلول‌های فتوولتاییک نیز کاربردهای مختلفی دارد. تامین برق در شبکه ملی و سیستم‌های تامین برق خارج از شبکه (تامین برق و روشنایی منازل مسکونی، تامین برق مناطق روستایی دورافتاده)، تامین انرژی تجهیزات انفرادی مانند سیستم‌های روشنایی، چراغ‌های راهنمایی، ایستگاه‌های مختلف عمومی (مانند ایستگاه‌های شارژ باتری)، استفاده در مناطق محافظت شده (مانند پارک‌های جنگلی)، سیستم‌های خنک کننده (یخچال و یخساز) و پمپاژ آب از جمله این کاربردها به شمار می روند.

.

۵- مزایا و معایب استفاده از انرژی خورشیدی کدامند؟
فراوانی انرژی خورشید در کنار رایگان بودن آن از مزایای اصلی استفاده از انرژی خورشیدی به شمار می روند. امکان رشد و گسترش فناوری در زمینه این انرژی تجدید پذیر هنوز وجود دارد و احتمال ارزان شدن و بالا رفتن بهره‌وری در بکارگیری این انرژی وجود دارد.

میزان آلودگی های حاصل از این انرژی بسیار کمتر از سوخت‌های فسیلی است و آن هم در مراحل ساخت سلول‌ها و پنل‌ها و جابه‌جایی آنها است که امکان کاهش آن وجود دارد. به علاوه، قابلیت بهره‌گیری از انرژی خورشیدی در اکثر نقاط دور افتاده و فاقد زیرساخت‌های شبکه برق وجود دارد و فرآیند‌های ترمیم‌ و نگهداری آن ساده و ارتقای آن راحت است.

معایب استفاده از انرژی خورشیدی نیز شامل هزینه اولیه بالا، عدم وجود قابلیت اطمینان بسیار بالا به علت نیاز به صاف بودن هوا و نیاز به در دسترس بودن نور خورشید در منطقه مورد نظر است. همچنین به نظر می رسد هنوز بلوغ کافی در زمینه کارایی و راندمان سیستم‌های فعلی ایجاد نشده و امکان آن وجود دارد که پیشرفت‌های آتی سبب شود که سرمایه‌گذاری های فعلی توجیه ناپذیر شود.

منبع: ويكي پاور